Histidiini ja urokaanihappo

Näin kesän lähestyessä (21.5. 2007 kirjoitettua) valitsen kommentoitavaksi mielenkiintoisen kirjan ultraviolettivalon vaikutuksesta ihoon, ihossa oleva histidiiniaminohappoon (HIS), joka on rakenneaminohappona, tekee muuntumisen urokaanihapoksi ja siitä UV-energialla muodostuu eräänlainen ihoa suojaava tekijä. Asia on tiedetty urokaanihapon muutoksein osuudelta jo 1960-luvulla ja tästä on tekstiä jo mm amerikkalaisella Harperilla.


Nyt eräs väitöskirja käsittelee asiaa enemmän:
Jonas Danielsson Computational chemistry studies of UV induced processes in human skin (Stockholm University, 2004) ISBN 91-7265-960-2
Katson ensi abstraktin sisällön:

“ Tämä väitöskirja esittää ja käyttää kemian tietokonetekniikkaa tutkittaessa kahta UV-valon aiheuttamaa ihmisihon prosessia.


Ensimmäinen prosessi on urokaanihapon muuntuminen immunosuppressiiviseksi aineeksi. Toinen prosessi on 8-oxoguaniini-glykosylaasi-entsyymin entsymaattinen toiminta.


Urokaanihapon osoittamaa fofokemiaa on selvitelty aikatekijästä riippuvan tiheyden funktionaalisen teorian avulla. Molekyyliin vertikaaleja absorptiospektrejä on tutkittu niitten eri muodoissa ja eri miljöissä ja säteilyn eri aallonpituuksille on identifioitu fotokemiallisesti vastaavia tiloja.


Molekulaariselta dynamiikaltaan simulaatiot urokaanihaposta kaasufaasissa ja vesiliuoksessa osoittivat huomattavaa joustavuutta; erityisesti cis-isomerimuodolla osoittautui intra- ja intermolekulaarisissa interaktioissa olevan lisääntynyttä joustavuutta (flexibility).


Kehitettiin malli, jolla voitiin selvittää urokaanihapon kaasufaasin fotokemiaa. Voitiin osoittaa, että isomeeriseosten uudelleentulkinnoissa saatiin merkittävästi vahvistusta teorian ja kokeellisen tieteen kesken ja spektrin useisiin outoihin piirteisiin saatiin samalla selkoa. Cis –muoto on vahvasti absorboiva kaasufaasissa ja trans- muodossa excitaatio laskee.


Sitten kehitettiin malli, jolla tutkittiin vesifaasin urokaanihapon fosfokemiaa. Tässä tilassa määrää kaksi stimuloitunutta (virittynyttä) erilaista muotoa fotoisomerisaation tehokkuutta.

.Vesiliuoksessa on erilainen tilanne kuin kasufasissa. Molekyyli muuttuu anionikseen ja stabiloi tiloja, jotka ovat heikosti absorboivia. Aallonpituudella on merkitystä.


DNA: ta korjaava entsyymi 8–oxoguaniini glykosylaasi tutkittiin myös tällä tiheyden -funktioteorialla.( density functional theory). Havaittiin, että aktiivin kohdan kriittinen aminohappo voi olla katalyyttinen voima usealla eri tavalla, joista tehokkainta esitettiin tässä kirjassa. ”


Koska abstrakti on tosi tieteellistä tasoa siitä on vaikea saada irti mitään käytännöllistä sanomaa, joten katson joitain kohtia esiin kirjasta.
MIKÄ on asian kliininen merkitys ?

Kirja on kuten arvata voi hyvin teoreettinen, mutta johdannossa kerrotaan asiaa ihan tavallisen kansan kannalta.

”AURINKO on aikojen alusta ollut lähimpänä säteilevänä tähtenä maapallolle tärkeä. Kosminen naapurimme antaa jatkuvan energiavuon ja tästä seuraa, että fotosynteettiset bakteerit, levät ja kasvit menestyvät ja tästä taas johtuu epäsuorasti kaikenlaisten maanpinnan elinmuotojen menestyminen.


Jotta ollenkaan elävä organismi pystyisi pysymään elossa ja käyttäämään hyödyksi tällaista elektromagneettista säteilylajia ja muuntamaan sitä kemialliseksi energiaksi ja soluprosessien polttoaineeksi, organismin täytyy omata tietyjä molekyylejä sitä varten. Näitä molekyylejä kutsutaan nimellä KROMOFOORI (cromophore). Näihin kuuluu KLOROFYLLI, joka on fotosynteesissä mukana. RETINAALI, jota sijaitseee verkkokalvolla rekisteröi valoa silmän sisällä.


Mutta se, että jokin molekyyli absorboi valoa, ei aina tarkoita sitä, että tämä kehittyvä energia olisi keholle välttämättä hyödyllistä. Jos lisätyn energian kvanttia ei pystytä kontrolloimaan ja suuntaamaan, on todennäköisempää, että se aiheuttaa enemmän haittaa kuin hyötyä.

Yksi tunnettu esimerkki tällaisesta vauriosta on UV-säteilyn absorboituminen DNA-molekyyliin. ( DNA= deoxyribonukleiinihappo) ja tämä voi johtaa molekyylin kemialliseen muuntumisen (mutaatioon). Koska tämä DNA-molekyyli puolestaan kantaa itsessään koodistoa kaikelle solukoneistolle, muuntumisella voi olla katastrofaaliset seuraukset sekä yksilösolulle - ja siinä tapauksessa, jos mutaatio aiheuttaa kontrolloimatonta solun kasvua ja siitä johtuvaa tuumorimuutosta - koko elimistölle. Sen takia on koko keholle ollut tärkeää kehittää evoluution aikana mekanismeja, joilla voi korjata erilaisia DNA-vaurioita.


Suurin osa tri Jonas Danielssonin väitöskirjaa keskittyy tutkimaan urokaanihappoa ( urocanic acid), joka on ollut laajasti eri tieteen haarojen kiinnostuksen kohteena kuten ympäristötieteen, ihotautien, immunologian ja fotokemian aloilla.


UROKAANIHAPPO omaa vuorovaikutusta UV-alueen fotoneitten kanssa. ja eräät näistä reaktioista tapahtuvat solutasossa ja organisminkin tasossa.


Vuonna 1874 keksittiin urokaanihappo koiran ( canis) virtsasta ja siitä sen nimikin johtuu. Mutta myöhemmin havaittiin, että tämä histidiinistä muodostuva happo on ihon normaalirakenneosa (1940-luvulla). Mutta vasta 1983 havaittiin niistä toisen isomeerin, jota UV-valon vaikutuksesta kemiallisella reaktiolla ja isomerisaatiolla muodostuu, vaikuttavan ihossa immunosuppressiivisesti (immuunireaktioita vaimentavasti) ja tästä virisi laaja kiinnostus molekyyliä kohtaan. Sen jälkeen on edistytty monella tieteen rintamalla ja ymmärretään paremmin,

*

miltä osaltaan immuunireaktio estyy;
*

mitä teitä käyttää tämä hyvin pienestä molekyylistä käsin tapahtuva immuunireaktio- vasteen estymä, missä voi estyä monisellulaarinen vastekaskadi;
*

mikä on se reseptori, joka ottaa vastaan tämän signaalin
*

minkälaisia ovat ne kemialliset reaktiot itse, mitkä aloittavat prosessin, kun fotoni on absorboitunut.


Vielä näissä aihepiireissa on monta vastaamatontakin kysymystä, mutta tässä väitöskirjassa on ponnisteltu rajoitetusti vastaamaan viimeisen pohdinta-alueen kysymyksiin, sillä juuri tällä alueella on yleensäkin fysikaalinen ja datorinen kemia erityisen soveltuvaa”.


Työn toinen osa selvitti DNA:n korjaantumista oksidaatiolla vaurioituneen guaniinin(G) suhteen hOGG1 entsyymitutkimuksiilla. Tämä entsyymi poistaa vaurioituneen guaniinin. Tämä oli ensimmäinen tutkimus juuri tästä asiasta.